隨著能源危機(jī)的到來,，高效的照明技術(shù)得到人們廣泛的關(guān)注。發(fā)光二極管LED（Light Emitting Ddiode）是利用半導(dǎo)體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件,，以其高效率,、低功耗、低電壓驅(qū)動,、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),，已在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用，如各類消費(fèi)電子產(chǎn)品——手機(jī),、PDA,、液晶電視的背光光源等。高亮度LED是傳統(tǒng)白熾燈的一種理想替代方案，因為前者的壽命和效率都比后者高得多,，且不同于緊湊型熒光燈泡,，這些LED能夠在低溫下工作。為提高LED照明電路的使用性能和適用范圍,，本文將介紹一種具成本優(yōu)勢的高亮度白光LED（HBLED）調(diào)光方法,。
對于HBLD而言，在高照度工作條件下導(dǎo)通電壓高達(dá)3～5 V,，工作電流可達(dá)0.15～3 A,。LED的發(fā)光亮度與流過LED正向電流的大小基本上成正比關(guān)系，所以LED應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是提供與其特性相適應(yīng)的電源或驅(qū)動電路,。高亮度LED有兩種基本的調(diào)光方法,。第一種是PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)光方法，即在大于200 Hz的某些頻率下以0％～100％的不同占空比來導(dǎo)通和關(guān)斷LED,。導(dǎo)通期間LED滿電流工作,，而關(guān)斷期間LED上沒有電流流過，可以保證色彩的一致性,。第二種方法是控制流經(jīng)LED串的電流量,，這可能導(dǎo)致LED串的電壓下降，并造成輕微的色差,。不過如果觀察調(diào)光器打開情況下工作的白熾燈,，也會看到明顯的色彩變化。
高亮度白光二極管一般采用恒流電源驅(qū)動,。因為隨著LED逐漸變熱,，其電壓降將減小，而且若LED串由恒壓電源供電的話,，電源往往會持續(xù)提供過多的電流，使輸出電壓增大,，直到電源達(dá)到電流限值或LED失效,。脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率開關(guān)LED，開關(guān)頻率超出人一般能夠察覺的范圍,，給人一種LED總亮的假象,，現(xiàn)在普遍采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED的亮度，在某些應(yīng)用中,，調(diào)光比可達(dá)5 000：1,，常用的LED驅(qū)動有降壓型（Buck）、升壓型（Boost）,、升降壓型（Buck～Boost）等3種,。LM3402是一款由可控電流源衍生的降壓型穩(wěn)壓器，輸入電壓范圍涵蓋整個汽車應(yīng)用領(lǐng)域，內(nèi)置MOS管最多可以驅(qū)動5顆LED,，性價比高,，且接受領(lǐng)域較廣、線路簡潔實用,，是眾多LED驅(qū)動IC中間的佼佼者,。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1 總體結(jié)構(gòu)
由于單個HBLED的發(fā)光效率不能完全滿足亮度要求，因此,，需要用多個LED組成陣列,，1個LM3402對5個高亮度發(fā)光二極管組成的串（HBLE-Ds）進(jìn)行恒流驅(qū)動，接受1個微處理器P89LPC932的PWM脈寬調(diào)節(jié)控制,，可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),，流過每個HBLEDs的電流約為120～350 mA。
1.2 人機(jī)界面
操作面板上有3個按鈕（關(guān)閉,、調(diào)亮和調(diào)暗按鈕）和4個普通發(fā)光二極管指示燈,。按下關(guān)閉按鈕，將熄滅高亮度發(fā)光二極管串HBLEDs,，再次按下此按鈕,，則可以回到原亮度顯示狀態(tài)，掉電或重啟也可回到設(shè)定亮度狀態(tài),；調(diào)亮和調(diào)暗按鈕用于改變HBLEDs的亮度,，對應(yīng)4個指示燈，其中每個指示燈有亮暗2級指示,，這樣可以指示8擋亮度,。
1.3 驅(qū)動電路
驅(qū)動電路是整個LED調(diào)光電路的核心，主要由1個微處理器P89LPC932和LM2402恒流穩(wěn)壓電路組成,。LM3402是一款由可控電流源衍生的降壓型穩(wěn)壓器,，可驅(qū)動串聯(lián)的大功率、高亮度發(fā)光二極管串,，可以接受范圍在*2V的輸入電壓,。當(dāng)使用引腳兼容的LM3402HV時，輸入電壓的上限可達(dá)到75V,。按照需要對轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),，以維持通過LED陣列的恒定電流水平。只要HBLEDs的組合前饋電壓不超過Vo（MAX）,，則電路能保持任意數(shù)量的LED中的調(diào)節(jié)電流不變,。圖1為LM3402的典型應(yīng)用電路示意圖，其中RSNS為電流設(shè)定電阻,，平均電流IF≈0.2／RSNS,，RON取值與發(fā)光二極管串中的LED數(shù)量有關(guān),，5個以上LED時可取值300KΩ，經(jīng)檢測,，恒流標(biāo)稱值為250mA時（RSNS=0.8 Ω）,，電流波動在±10 mA以內(nèi)。
圖1 LM3402的典型應(yīng)用電路示意圖
DIM1的邏輯是直接的,，因此當(dāng)DIM1端口為高電平時,，LM3402會輸出穩(wěn)定的電流；當(dāng)DIM1處為低電平時,，禁止任何電流輸出,。所以對LM340 2的DIM1端口輸入PWM信號，可對LED陣列進(jìn)行調(diào)光,，PWM信號的最大邏輯低電平應(yīng)為0.8 V,，最小邏輯高電平為2.2 V。將DIM1端口懸浮或者接至邏輯高電平,，一旦輸入達(dá)到6 V,，LM3402就開始運(yùn)作。
將OFF端口接地,，從而將LM3402置于一個低功率關(guān)機(jī)狀態(tài)（典型值為90μA）,。在正常工作期間，該端口應(yīng)始終保持在開路狀態(tài),。
P89LPC932是由飛利浦生產(chǎn)的低功耗單片微處理器,，電源電壓3.3 V，可低功耗運(yùn)行,，適合于許多要求高集成度,、低成本的場合?？梢詽M足多方面的性能要求,。P89LPC932采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時間只需2～4個時鐘周期,，6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件,。P89LPC932集成了許多系統(tǒng)級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目,、電路板的面積以及系統(tǒng)的成本，其內(nèi)部有2個定時器,，可作為一個具有256個定時器時鐘周期的PWM發(fā)生器使用,。LED調(diào)光電路電氣原理圖如圖2所示。
圖2 LED調(diào)光電路電氣原理圖
2 程序設(shè)計
2.1 程序結(jié)構(gòu)
控制器程序根據(jù)3個按鈕的輸入狀態(tài),，實現(xiàn)開關(guān)或亮度調(diào)節(jié),，并將亮度狀態(tài)在4個指示燈上顯示出來,。利用微處理器自身集成的EEPROM單元，可隨時保存亮度狀態(tài)n（PWM占空比）,。主程序流程框圖如圖3所示,。
圖3 主程序流程框圖
2.2 PWM發(fā)生
高亮度白光二極管串HBLEDs的電流主要通過對LM3402的DIM端口進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，實際電流占設(shè)定電流值的比例取決于PWM的占空比duty cycle,。如果PWM信號的頻率正好落在200 Hz～20 kHz之間,，白光LED驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容就會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲，所以設(shè)計時要避免使用20 kHz以下低頻段,。
微處理器P89LPC932內(nèi)部定時器TO／T1的PWM輸出與計數(shù)輸入和定時器觸發(fā)輸出占用相同的管腳,，發(fā)生定時器溢出時自動觸發(fā)端口輸出。此功能通過AUXR1寄存器中的控制位ENT0和ENT1分別使能定時器0和1,。該模式打開時,，在首次定時器溢出前端口的輸出為邏輯1。為了使該模式生效,，必須清零C／T位以選擇PCLK作為定時器的時鐘源,。定時器初始化設(shè)置參考程序如下：
其中占空比duty cycle=256-TH1，定時器1的溢出將使P1.2或P0.7端口發(fā)生翻轉(zhuǎn),，因此輸出頻率為定時器1溢出速率的1／2,。
2.3 節(jié)能模式
經(jīng)檢測，在同等照度要求的情況下,，采用LED調(diào)光控制系統(tǒng)的功耗較白熾燈降低90％以上,，當(dāng)然為進(jìn)一步降低能耗，節(jié)能方法的探究仍然具有十分重要的意義,。在多數(shù)時間,，HBLEDs可能處于熄滅狀態(tài)，若控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)或掉電狀態(tài),，可將功耗降低到最低,；或?qū)FF端口接地，也可將LM3402置于一個極低的低功率關(guān)機(jī)狀態(tài),。將微處理器P89LPC932的電源控制寄存器PCONA設(shè)置為0xFF時,，外部功能模塊掉電；將電源控制寄存器PCON設(shè)置為03H時,，可將微處理器處于完全掉電狀態(tài),，只有在中斷觸發(fā)的時候，才能喚醒,，隨即給外部功能模塊上電,，微處理器開始工作。微處理器主要通過鍵盤中斷喚醒,，鍵盤中斷參考程序如下：
3 結(jié)論
本文介紹了一種基于恒流驅(qū)動電路LM3402的LED調(diào)光控制系統(tǒng),，該系統(tǒng)由微處理器P89LPC932 PWM控制輸出電壓,，用戶可通過按鈕設(shè)定亮度。由于采用了低功耗微處理器,，并應(yīng)用多種節(jié)能方法,，使得該調(diào)光系統(tǒng)的功耗極低，能夠適用于多數(shù)LED照明節(jié)能改造場合,，正好符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求,。隨著LED發(fā)光效率的不斷提高，封裝技術(shù)的改進(jìn),，使用壽命的不斷增加,，以及生產(chǎn)成本的降低，再加上驅(qū)動電路性能的改善,，HBLED在照明市場上的推廣前景十分廣闊,。目前該技術(shù)已投入批量生產(chǎn)，取得良好的社會效益,。